Акустическое онлайн-обнаружение внутренней утечки клапана

В напорных клапанах наземных объектов и оборудования нефтяного месторождения Дацин возникли внутренние утечки из-за износа, коррозии или других причин. Поскольку внутренние утечки трудно обнаружить, некоторые неисправные клапаны не были своевременно заменены, что повлияло на производство и создало угрозу безопасности. В связи с этим технология онлайн-инспекции клапанов привлекает все большее внимание; в настоящее время основная технология предполагает использование технологии акустической эмиссии (АЭ) для обнаружения утечек в различных типах клапанов в таких отраслях, как нефтяная, нефтехимическая и электроэнергетическая.

 1 Основные принципы обнаружения утечек акустической эмиссии

(1) Акустические эмиссионные сигналы и их характеристические параметры
Акустическая эмиссия относится к явлению, при котором любой металлический материал или компонент выделяет энергию деформации в виде упругих волн, когда трение, растрескивание или пластическая деформация происходят под действием внешних или внутренних сил. Когда волны акустической эмиссии распространяются через конечную среду, они подвергаются преломлению и отражению при столкновении с границами раздела и преобразуются в поверхностные волны на твердой поверхности, распространяясь вдоль поверхности с очень высокими скоростями. Эти волны акустической эмиссии, исходящие от источника (т. е. точки повреждения), несут характерную информацию об источнике; эта информация может быть использована для выявления неисправностей и дефектов компонента. Параметры, характеризующие сигналы акустической эмиссии, включают скорость эмиссии, амплитуду, распределение амплитуд и энергию.
(2) Характеристики сигналов акустической эмиссии в случае внутренней утечки в клапанах
Если клапан имеет плохую герметизацию, небольшое количество жидкости постоянно выбрасывается через зазоры в клапане, создавая высокоскоростную струю. Эта высокоскоростная жидкость воздействует на стенку трубы, возбуждая упругие волны, т.е. акустическую эмиссию. Это представляет собой сигнал акустической эмиссии непрерывного типа, аналогичный белому шуму, с диапазоном частот 30–50 кГц.
Характеристики сигналов акустической эмиссии, генерируемых утечкой клапана: 1. Волны акустической эмиссии, возбуждаемые утечкой, непрерывны; 2. Сигналы акустической эмиссии, создаваемые утечкой, относительно сильны, а их амплитуда пропорциональна скорости утечки и среднеквадратичному (RMS) значению сигнала.
На основе характеристик сигналов акустической эмиссии, генерируемых утечкой, в качестве параметров характеристики используются скорость и энергия акустической эмиссии; это позволяет получать более полные данные об акустической эмиссии, обеспечивая более надежную основу для идентификации неисправностей.

 2. Применение ультразвукового детектора в полевых условиях
(1) Введение в детектор
Когда волны акустической эмиссии, генерируемые утечкой, достигают датчика, датчик преобразует их в сигналы напряжения, которые передаются по проводам на детектор. Предусилитель усиливает сигнал, полученный от датчика, фильтр улучшает отношение сигнал/шум, а пороговая схема устраняет фоновый шум. Микропроцессор вычисляет, анализирует и оценивает сигнал. Если клапан не имеет утечек, показание на дисплее равно 0; если есть утечка, отображаемое значение меняется в зависимости от серьезности утечки, при этом более высокие значения указывают на более значительную утечку. Аудиокомпоненты сигнала акустической эмиссии, генерируемого утечкой, обрабатываются и отправляются в наушники, которые используются для прослушивания звука утечки. При протечке клапана через наушники можно услышать звуки различной интенсивности, а степень утечки можно определить на основе интенсивности слышимого звука.
(2) Испытание герметичности клапана
При проверке клапанных систем высокого давления с помощью ультразвукового тестера сравнительные показания обычно используются для определения наличия утечки: во-первых, поместите зонд на входную сторону, уменьшите чувствительность и минимизируйте другие звуки; во-вторых, поместите зонд на седло клапана и выходную сторону; в-третьих, сравните различия в интенсивности звука. Если клапан протекает, акустическая интенсивность на седле клапана или на стороне выхода будет равна или больше, чем на стороне входа.
При проверке малошумных систем поместите зонд на выходную сторону клапана и используйте частотно-селективный режим до тех пор, пока звук потока жидкости не станет отчетливо слышен; затем на основе показаний определите наличие и характер любой утечки.
При использовании метода четырехточечного сравнения для обнаружения помех ниже по потоку такие помехи иногда могут быть значительными и распространяться в контролируемую область, что приводит к ложным признакам утечки клапана. Четырехточечный метод предполагает выбор двух равноудаленных точек, A и B, выше по течению, и двух равноудаленных точек, C и D, ниже по течению. Сравните интенсивность сигнала в точках A и B с интенсивностью сигнала в точках C и D. Если точка C выше точек A и B, это указывает на утечку клапана; если точка D выше точки C, это указывает на то, что звук передается из другой точки ниже по потоку.
При утечке газа или жидкости внутри трубопровода из-за трения генерируются ультразвуковые волны. SONAPHONEE может принимать эти ультразвуковые сигналы, преобразовывать их в электрические сигналы и отображать их на экране. В то же время он преобразует сигналы акустической эмиссии в звуковой звук, передаваемый на гарнитуру, а также может передавать их на ПК через инфракрасный интерфейс.

3. Заключение
(1) Применение технологии акустической эмиссии для проведения испытаний на герметичность клапанов (таких как водосмесительные клапаны и перепускные клапаны в узлах газовых клапанов) обеспечивает безопасное производство и точность контроля энергопотребления.
(2) Испытательные клапаны, заменяемые во время реконструкции старых объектов, обеспечивают основу для принятия решений об утверждении проекта и снижают затраты на реконструкцию.
(3) Технология ультразвукового тестирования позволяет проводить проверку клапанов в режиме онлайн, обеспечивая простоту эксплуатации, быстрый динамический отклик и интуитивно понятные данные. В настоящее время данное испытательное оборудование может лишь качественно определить, существует ли утечка внутри клапана.